李靖 劉東紅 金華電業局
[摘 要]變電所蓄電池組的狀態是直流系統是否能夠正常工作的的根本。本文通過分析日常監測方式中存在的原理性缺陷，提出簡單的改進方案，提高蓄電池監測維護的準確性和方便性，及時發現蓄電池組異常情況，提高整組蓄電池的壽命。
[關鍵詞] 蓄電池 監測方式 探討
變電所正常運行時直流系統的負荷基本穩定，由充電機供電，而蓄電池組做為備用
電源，正常情況下長期處在浮充電狀態，時間長了就會造成電池化學能與電能相互轉化的活性降低，加速老化而縮短使用壽命，無法達到設計壽命，同時，由于目前監測方式中存在的原理性缺陷，使得電池組損害無法及時的發現，各單位曾發生過因蓄電池組整組性能大幅下降引起的直流異常消失或開關拒動的情況。
1、變電所蓄電池的日常監測方式
變電所蓄電池的日常監測常采用以下幾種方式：
1)測量電池組（包括單只電池）的端電壓；
2)通過核對性放電判別蓄電池的容量（每年一次左右）；
3)蓄電池輸出大電流的特性測試（利用放電模塊進行放電試驗（每年一次左右）；
目前變電所較多采用了全封閉的“免維護”蓄電池，正常運行情況下，為確保直流系統供電可靠，不允許將蓄電池組從直流系統中斷開，日常主要通過直流系統的在線監控系統檢測蓄電池組的電壓，根據電池電壓進行簡單比較來判斷電池的性能。圖1所示為正常浮充狀態下在線檢測電池電壓原理。
圖1：正常浮充狀態下檢測電池電壓原理
2、目前監測方式中存在的缺陷分析
蓄電池的失效主要表現為端電壓不夠、電池開路或內阻明顯增大、容量不足或瞬間放電電流不滿足負載要求等，最直接的原因為內阻增大，甚至開路。目前的在線檢測系統由于檢測原理存在一定的缺陷，無法正確的判斷出電池是否已經失效。
為便于計算，設充電機浮充時電動勢E=230V不變，內阻R=2Ω，正常直流負荷電流Ih=5A不變，單只電池電動勢E1=12V，內阻R1=1Ω，共18只電池，電池組實際端電壓應為12×18=216V。
1) 電池組正常下，在線檢測系統監測得到以下數據：
a) 電池的充電電流
I≈[(E—R×Ih) —E1×18]÷18R1
＝[(230—5×2) —12×18]÷18＝0.22(A)
b)整組電池的端電壓：
V2＝E—R×（Ih＋I）
＝230—2×5.22≈220(V)＞216(V)。
c)單只電池的端電壓：
V1＝E1＋R1×I
＝12＋1×0.22＝12.22(V)＞12(V)。
可見，此時所測的電壓已經不能準確反映電池組本身的性能參數。
2)當其中第K只電池內阻增大至Rk，考慮到電池損壞時,電動勢也相應有所變化,設Ek，其他外界參數均保持不變，在這種情況下，在線檢測系統監測得到以下數據：
a) 電池的充電電流
I≈[(E—R×Ih)—E1×17－Ek]÷(17R1＋Rk)
＝[(230―5×2)—12×17－Ek]÷(17+ Rk)
＝(16－Ek)/(17+ Rk)＜＜1(A)
b) 整組電池的端電壓：
V2＝E—R×（Ih＋I）
＞230—2×(5＋1)=218(V) ＞216(V)。
基本與正常情況一致。
c) 單只電池的端電壓：
V1＝Ek＋Rk×I
=Ek+ Rk×(16－Ek)/(17+ Rk)
=(17Ek+16Rk)/(17+ Rk)
3) 當其中2只電池內阻增大至Rk，其他外界參數均保持不變，在這種情況下，在線檢測系統監測得到以下數據：
a) 電池的充電電流
I≈[(E—R×Ih)—E1×16－2Ek]÷(16R1＋2Rk)
＝[(230―5×2)—12×16－2Ek]÷(16+ 2Rk)
＝(14－Ek)/(8+ Rk)＜1(A)
b) 整組電池的端電壓：
V2＝E—R×（Ih＋I）
＞230—2×(5＋1)=218(V) ＞216(V)。
基本與正常情況一致。
c) 單只電池的端電壓：
V1＝Ek＋Rk×I
=Ek+ Rk×(14－Ek)/(8+ Rk)
=（8Ek+14Rk)/(8+ Rk)
4) 當所有電池內阻增大至Rk，考慮到電池損壞時,電動勢也相應有所變化,設Ek，其他外界參數均保持不變，在這種情況下，通過在線檢測系統監測得到以下數據：
a) 電池的充電電流：
I≈[(E—R×Ih)—Ek×18]÷18Rk)
＝[(230―5×2)—18Ek]÷18Rk
＝(220－18Ek)/18 Rk＜＜1(A)
b) 整組電池的端電壓：
V2＝E—R×（Ih＋I）
≈230—2×5=220(V) ＞216(V)。
基本與正常情況一致。
c) 單只電池的端電壓：
V1＝Ek＋Rk×I
=Ek+ Rk×(220－18Ek)/18 Rk
=12.22
與正常情況一致。
綜上所述，正常浮充情況下在線測量電池端電壓的方式，無論電池是否損壞，簡單的根據電壓降低來判斷電池是否損壞，其結果無法保證準確；而且，隨著損壞電池數量的增加，其測出的數值越接近正常值，越不容易判斷，當整組電池損壞，其數值與正常值完全一致，無法判斷。
核對性充放電能較準確的反映蓄電池的容量保持值，但需將電池組脫離直流系統，增大變電所安全風險。規程規定“若發電廠、變電站直流
電源系統只有一組蓄電池時，為了安全起見，運行單位應配置便攜式充放電裝置，以便于日常維護工作需要；若無備用充放電裝置，則不能將運行中的蓄電池組退出運行進行全核對性放電，只允許用I5電流放出其額定容量的50%.......”；同時，由于核對性充放電的周期基本上在一年左右，因此無法及時發現蓄電池組性能下降。
鑒于變電所蓄電池退出直流系統有較大的難度，在部分220kV等重要變電所配備了2組蓄電池組，但由于目前開關等操作機構的改善，彈簧操作機構、液壓結構的廣泛使用，使直流系統的沖擊負荷大大減少，使蓄電池的功效未能充分得以發揮。
3、解決方法之一
根據前面的分析，現將蓄電池組接線增加以下簡單回路，利用二極管的單向導通特性，以達到蓄電池短時“準退出”狀態，實現不影響直流系統正常運行的同時，進行蓄電池在線測量及放電試驗時，準確查找出異常蓄電池。（圖2所示為接線改變后的檢測原理示意圖）
接線改接后，蓄電池組的運行及測量情況：
1) 正常運行時，1合上，2、4斷開，與目前的的蓄電池運行狀態完全一致，可以滿足正常的浮充運行要求。
2) 進行電壓測量時，先合上2，再拉開1，由于二極管的單向導通性能，充電機浮充電壓略高于蓄電池組電壓，無法使二極管反向擊穿，使得蓄電池充、放電電流為零，等同于將蓄電池短時退出狀態。此時，可以通過測試單只電池及整組電池的端電壓，判斷電池的電動勢是否正常，并判斷電壓已明顯下降的電池已損壞。
3)進行放電試驗檢測蓄電池大電流放電的能力時，可以將4短時合上，從電流表A中方便的測出放電電流的大小，甚至進行大電流放電試驗。由于此方式下的放電試驗操作方便，可以適當縮短放電周期，進一步活化電池的性能，達到提高電池組的使用壽命。
4)進行測量或放電過程中，若因充電機故障無法輸出直流電壓，則直流母線電壓將下降，當直流母線電壓下降到略低于蓄電池電壓時，蓄電池將通過2和二極管3向直流母線供電，保證了直流系統的連續供電。此時，應立即合上1，并斷開2恢復蓄電池的正常接線方式運行。
為確保二極管能可靠的阻斷測試期間的正常浮充電流，二極管的反向擊穿電壓應高于充電機均衡充電輸出電壓與蓄電池組的電壓差，并保留一定的裕度；同時，為確保二極管能滿足大電流放電的要求，應達到一定的沖擊功率要求。
4、結論
經過上述回路改進，可以在不影響直流系統正常狀態的同時，方便、準確測得蓄電池組的幾個重要參數，包括單只蓄電池和整組蓄電池的端電壓、蓄電池組的大電流放電能力，更真實反映蓄電池性能，及時發現蓄電池組中個別電池存在的異常狀況；同時，由于操作方便，可以實現對蓄電池進行大電流在線放電，活化電池組性能，有效的延長蓄電池組的使用壽命。若配合目前的“四遙”功能，實現遠方檢測放電試驗。由于解決了蓄電池必須退出測量的困難，可以考慮減少變電所蓄電池組的配置組數，提高了蓄電池組的使用效率。
此外，根據電池內阻、電動勢、端電壓的關系，若能通過計算出其發展趨勢，代替簡單的根據電池端電壓來判斷電池是否損壞，也將是提高檢測準確性的重要方法。
參考文獻：
1 DL/ T 724- 2000《電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程》
2 GB/T 13337.1-1991 固定型防酸式鉛酸蓄電池技術條件
3 JB/T 5777.4-2000電力系統直流電源設備通用技術條件及安全要求
作者簡介：
1、李靖 90年畢業于東南大學，在檢修單位從事12現場檢修試驗，有豐富的現場試驗分析和管理經驗。調任生產處任副處長，分管變電設備運行、檢修、改造等各項生產工作。
2、劉東紅 93年畢業于武漢水利電力大學電力系統及其自動化專業，在變電所運行值班10年，有豐富的現場運行經驗，現為生產處變電運行專職。
